破碎地层钻探施工技术浅析

刘 曼

（安徽省地质矿产勘查局321地质队，安徽 铜陵 244033）

随着我国的飞速发展，相关领域对于矿产资源的需求也在逐渐加大，而经济为了提高矿产资源的供给，钻探施工的规模也开始扩张，导致钻探施工所面临的地质环境更加复杂。破碎地层是现代钻探施工当中最为常见的一种地质环境，在此地层条件下进行钻探，容易导致坍塌、缩径、掉块、钻孔弯曲等现象，阻碍了施工的正常开展，同时在某些大规模钻探作业时，还可能会导致安全事故的发生，因此现代钻探施工工程必须重视破碎地层钻探施工的技术[1]。

1 破碎地层钻探施工影响因素

1.1 地层影响因素

破碎地层环境十分复杂，其中存在着许多难以预测的问题，例如破碎地层的岩石层或岩石上体的软硬质地分布不均匀、破碎地层水溶性与弹塑性难以预测、地层层理与片理发育动态性较大等等，在这些影响因素之下，很容易在钻探作业时引发漏水、坍塌、掉块、溶洞等现象，此类现象会严重的阻碍钻探钻机的作业，不利于钻探施工的正常开展。此外，在部分大规模钻探作业时，甚至还会引发安全事故，所以为了钻探施工安全，应当重视钻探施工技术的合理性。

1.2 钻探设备因素

钻探设备是实现钻探施工最为基础的因素，所以当钻探设备存在不足，那么就必然导致钻探施工的质量受到影响。在现代技术水平之下，钻探设备的种类繁多，而其各自都有着不同的规格和不同参数，进而不同的钻探设备所形成的钻探结果就存在差异，而在现状上，因为钻探设备的规格与参数存在相似现象，所以有部分工程在选择钻探设备时，会选用相似但不适用的设备，如此就导致了钻探施工技术质量受损[2]。

1.3 岩心与内管摩擦力不足

在正常的钻探施工当中，其岩心会以柱状进入内管，进而通过岩心与内管的摩擦力来保障钻探施工的运行。但如果在此过程当中岩心与内管摩擦力较小，就会导致岩心在进入内管之前的内应力减弱，进而在扭矩原理之下，就会导致岩心破碎，形成内管的堵塞。当形成内管堵塞之后，钻机的循环水就会受到阻碍影响钻机的正常运作，会大幅度降低岩心的采取率。

2 提高破碎地层钻探施工质量对策

2.1 合理制定钻探施工流程

在破碎地层基础上，因其地质条件十分复杂，会导致钻探施工技术的开展受到阻碍，而为了保障钻探作业的质量与效率，就需要在正式施工之前，充分开展地质条件勘察，在勘察结果上合理制定钻探施工流程。勘察主要需确认地质条件、水文条件，进而依照勘察结果，工程单位需对钻孔的终孔深度、开孔直径、钻进方法、换径次数、下套管顺序、护孔措施等施工流程与标准进行制定，从而确认施工各阶段施工技术的适用性，确保工程开展顺利，最终保障了钻探作业的效率与质量[3]。

2.2 严控钻探设备选型

钻探设备选型同样是影响钻探作业开展与质量的重要因素，但因为钻探设备选型需要人工进行作业，所以难免会因为人工不稳定性的影响，导致选型出现错误。因此为了避免钻探设备选型出现错误，就需要钻探工程单位加强对设备选型的管控，首先工程单位应当加强内部的沟通，使管控人员能够了解钻探需求，进而管控人员依照需求，需要对每一个钻探设备的型号进行确认，以此无论在钻探设备采购选型或施工选型上，都能够有效避免设备选型出错的现象。

2.3 岩心采取工艺选择

岩心采取率是钻探施工的重要标准，而要保障岩心采取率，则需要在正式的钻探施工当中，依照地质条件、工作环境、岩石的可钻性、研磨性、完整程度确认钻探的工艺，例如孔底反循环钻进的施工工艺，通过此工艺，可以有效的保证岩心采取率提高。此外，在工艺角度上，为了提高岩心采取的稳定性，还可以采取高效冲洗液来形成孔壁保护层，并同时因为冲洗液的原因，可以尽可能的钻探岩石粉末被冲洗带出孔外，避免钻孔内管堵塞现象。图1岩心钻探作业。

图1 岩心钻探作业

3 实例分析

3.1 实例概况

某钻探工程矿区面积为58.14m2，该工程通过勘察工作了解了实地地质环境、水文环境。地质环境方面，其中主要包括了变质砂岩、钙质千枚岩、粉砂质板岩、石英岩等，在整体上来看，该工程矿区中，岩层呈现出褶皱及断裂构造较发育，尤以断裂构造最为发育；水文环境方面，其中主要包括了第四系孔隙潜水，其中岩性主要为亚粘土、中粗砂、少量卵石，厚度约为44m，水位埋深约为18m。通过勘察结果说明该地质环境为破碎地层。

3.2 钻探工作设备选择

实例钻探工程为了保障施工的效率与质量，首先对钻探设备的选型进行了严格管控。基于工程钻孔设计，该工程选择了2台XY-42型钻机、1台HXY-6B型钻机；2台BW250 型泥浆泵、1台BW150 型泥浆泵；2台18.5m管子塔、1套23.5m四角塔进行施工。

3.3 钻孔结构设计

实例钻探工程结合实地地质环境与水文环境，在正式钻探施工之前对其钻孔进行了设计，具体设计为：钻孔上部为第四系底层，厚度为44m，采用130mm合金钻头施工，当钻孔开展至基岩部分，则向下引入127mm、中108mm双层套管，最终以76mm绳索取芯钻具完成钻孔。

3.4 钻探工艺选择

实例钻探工程在初期施工当中，频繁出现了岩心堵塞现象，极大的阻碍了施工的开展，而为了对此现象进行改善，该工程对自身钻探工艺进行了调整，在通过反复计算之后，实例工程采取了分压式孔底局部反循环单动双管钻具设计，并在最终结果上来看，此钻具设备获得了成功。

3.5 分压式孔底局部反循环单动双管钻具分析

首先对分压式孔底局部反循环单动双管钻具设计的原理进行分析，该钻具具备了孔底局部反循环、单动双管的功能，在进行钻探时，冲洗液会随着其内部的3个送水孔进入内管循环间隙，直至达到孔底，此过程可以提高冲洗液带走岩屑的效果，初步实现降低内管堵塞现象。

其次对该钻具设计的特点进行分析，如下所示。

①内、外返液流量存在差异，一般将内返液流量设置较大；

②孔底正反冲洗液循环同步上返；

③该钻具不采用活塞效应，因其返水孔与钻杆外环空间贯通；

④大部分岩屑将由内管上返，其中返水孔难以排出的岩屑则存于内管上层。

3.6 钻头结构及其水路参数的设置

关于钻头结构的设置方面，实例工程首先设置了其钻头的内径，此过程当中，因为多方面因素的的限制，其内管规格无法改变，所以基于钻头内径与岩心粗细的关系，该工程结合工程需求设计了35mm的厚壁钻头，为方便加工，厚壁钻头胎体部分与绳索取芯钻头相同，钢体部分与普双钻头相同；在钻头水路参数的设置方面，实例工程主要基于钻头水路分布与冲洗液分流的控制关系，将钻头的内排水槽加深，削减了外排水槽的深度，以此增加了内管返水量，进一步实现避免内管堵塞现象，为之后的施工质量带来保障。

4 结语

本文主要针对破碎地层钻探施工技术进行了分析，分析内容方面，首先在普遍视角下，对破碎地层钻探施工影响因素进行了介绍，之后则针对影响因素阐述了相关的改善对策，最终结合某实例钻探工程，对其中解决“内管堵塞”问题的措施进行了分析，介绍了该孔的分压式孔底局部反循环单动双管钻具设计。